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超声波测距仪的设计
页数 53 字数 22857
摘 要

根据超声波在空气中可传播性，实时测得超声波在空气中的传播时间和传播速度，将时间和速度相乘即得距离的原理，设计了一个测距仪，输入是距离和空气温度，输出是数字信号形式的距离值，提供给箱涵排污疏通机器人，使该机器人实时得到距离。该测距仪可广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活，无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。本文只是简易设计，作为传感器功能给机器人提供实时距离信息。
本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，设计出了基于MCS-51单片机的超声波测距仪的硬件电路，编写了相应的软件程序。最后，为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。本文就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。该测距仪最大测量距离是8米，精确度是13cm，它具有成本低、非接触、速度快、精度高、可靠性强、适应性好，操作方便、有着广泛的应用前景。


目 录

摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 课题的背景和意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 课题意义 2
1.2 超声波测距仪的现状 2
1.3 课题任务 3
2 超声波测距仪的原理 4
2.1 超声波的应用可行性 4
2.2 超声波的产生和接收 4
2.2.1 超声波的产生 5
2.2.2 超声波的接收 6
2.3 超声波的传输特性 6
2.4 超声波测距原理 7
2.4.1 超声波测距原理 7
2.4.2 计算超声波传播时间 7
2.4.3 测渡越时间测量法 8
3 超声波检测仪传感器的设计 9
3.1 传感器 9
3.1.1 传感器的定义（The definition of sensor） 9
3.1.2 传感器的组成(The composing of sensor) 9
3.1.3 传感器的特性与指标 9
3.2 超声波传感器的选择依据 10
4 系统结构及硬件设计 14
4.1 总体设计思想 14
4.2 系统硬件的设计 14
4.2.1 AT89C51单片机最小系统 14
4.2.2 复位电路设计 14
4.3 单片机控制系统 15
4.3.1.2 键盘说明 17
4.3.2 显示电路的设计 17
4.3.3 语音电路的设计 18
4.3.4 时钟电路的设计 18
4.4 超声波发射电路设计 19
4.4.1 超声波发射电路功能 19
4.4.2 超声波发射电路原理图 19
4.4.2.1 超声波振荡电路原理图 19
4.4.2.2 超声波驱动电路原理图 21
4.5 超声波接收电路 22
4.5.1 超声波接收电路功能 22
4.5.2 超声波接收电路电路原理图 22
4.6 超声波测距电路原理图 24
4.7 测温电路原理 25
4.7.1 温度补偿目的与理论分析 25
4.8 系统硬件抗干扰的措施 26
5 系统软件的设计 28
.5.1 主程序的设计 29
5.2.1 系统的初始化子程序 29
5.2.2 显示功能的子程序 30
5.2.3 键盘功能的子程序 31
5.2.4 语音子程序 33
5.3 测温模块 33
5.4 软件抗干扰 35
6 试验结果与误差分析 37
6.1 试验结果 37
6.2 误差分析 38
7 结论 40
参考文献 41
致谢 42
附件 43
1 系统主程序 43
2 系统的初始化子程序 43
3 显示功能的子程序 44
4 键盘功能的子程序 45
5 语音子程序 46
6 DS18B20初始化子程序 47

参考文献
1. 樊昌元，丁义元. 高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.10
2. 张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.10
3. 苏长赞.红外线与超声波遥控.北京：人民邮电出版社，1993.7
4. 李华.MCU-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，19 93. 6
5. 陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1999.4